Υπόγειες Εκμεταλλεύσεις

Γενικά – Εισαγωγή στις μεθόδους υπόγειας εκμετάλλευσης

Η ανάπτυξη κοιτασμάτων σε μεγάλα βάθη κυρίως βάθη για τα οποία η εκμετάλλευσή τους από την επιφάνεια δεν μπορεί να γίνει με θετικό οικονομικό αποτέλεσμα οδηγεί στην διερεύνηση της εκμεταλλευσιμότητάς τους με υπόγειες μεθόδους.

Οι υπόγειες μέθοδοι εκμετάλλευσης ουσιαστικά επιτυγχάνουν την πρόσβαση στο χώρο ανάπτυξης του κοιτάσματος μέσω έργων προσπελάσεως και την προσβολή και απόσπαση του μεταλλεύματος χωρίς να απαιτείται η μαζική μετακίνηση των υπερκείμενων στείρων πετρωμάτων (Σχήμα 1). Τα έργα προσπέλασης εξορύσσονται μέσα στα άγονα πετρώματα που περιβάλλουν το κοίτασμα, ενώ τα έργα προπαρασκευής κατά κανόνα μέσα στο μετάλλευμα.

Υπόγεια εκμετάλλευση στο κοίτασμα Bingo (Καναδάς). Διακρίνονται οι υπόγειες στοές προσπέλασης και τα τμήματα του κοιτάσματος προς εκμετάλλευση. Πηγή: Golden Band Resources Inc.

Η υπόγεια προσπέλαση γίνεται γενικά με τρία είδη έργων:

• Στοές.
• Φρέατα (πηγάδια).
• Κεκλιμένα ή/και ελικοειδή κεκλιμένα.

Πολλές φορές για την προσπέλαση χρησιμοποιούνται και συνδυασμοί των έργων αυτών. Έτσι ένας τύπος προσπέλασης που χρησιμοποιείται συχνά τα τελευταία χρόνια, διευκολύνοντας την κίνηση του αυτοκινούμενου εξοπλισμού, είναι το ελικοειδές κεκλιμένο ή ράμπα. Για κάθε υπόγεια εκμετάλλευση επιβάλλεται να υπάρχουν τουλάχιστον 2 προσπελάσεις στην επιφάνεια.

Η ύπαρξη δύο έργων απαιτείται άλλωστε και για την δημιουργία του κυκλώματος αερισμού του μεταλλείου. Ο αερισμός γίνεται με τη χρήση τεχνητών μέσων (ανεμιστήρων), οι οποίοι τοποθετούνται στο ένα προσπελαστικό έργο και προσάγουν ή απάγουν τον αέρα προς/από το μεταλλείο. Έτσι επιτυγχάνεται η εισαγωγή της απαιτούμενης ποσότητας αέρα στο χώρο, καθώς επίσης και η απαγωγή των καυσαερίων και κονιορτού (σκόνης) από τις θέσεις εκμετάλλευσης εξασφαλίζοντας μια καλή ποιότητα ατμόσφαιρας στο υπόγειο μεταλλείο.

Βασικοί στόχοι μιας υπόγειας μεθόδου εκμετάλλευσης είναι η απόσπαση του κοιτάσματος από το περιβάλλον μητρικό πέτρωμα με τρόπο ώστε να εξασφαλίζεται:

• η μέγιστη δυνατή ασφάλεια του προσωπικού και του έργου,
• η βελτιστοποίηση της απόληψης (του ποσοστού του κοιτάσματος που μπορεί να αποσπαστεί) και
• η ελαχιστοποίηση του κόστους των εργασιών.

Οι μέθοδοι υπόγειας εκμετάλλευσης που έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιούνται σήμερα είναι πάρα πολλές μπορούν όμως να καταταγούν σε 3 μεγάλες κατηγορίες (Σχήμα 2) και πιο συγκεκριμένα, τις μεθόδους εκμετάλλευσης:

• με κενά μέτωπα (open stopes), στις οποίες ο χώρος που απομένει μένει μετά την απόσπαση του μεταλλεύματος διατηρείται κενός με συνηθέστερα με φυσική υποστήριξη, δηλαδή η υποστήριξη παρέχεται κυρίως από το πέτρωμα.
• με γομούμενα μέτωπα (filling stopes), στις οποίες ο χώρος του κοιτάσματος που εκμεταλλεύεται πληρώνεται στη συνέχεια με τεχνητό τρόπο συνήθως από στείρα υλικά.
• με κατακρημνιζόμενα μέτωπα (caving stopes), στις οποίες ο χώρος που έχει πραγματοποιηθεί η απόσπαση του μεταλλεύματος πληρώνεται με υλικά μέσω της κατακρήμνισης της οροφής του κοιτάσματος.

Διάκριση των βασικών μεθόδων εκμετάλλευσης

Η επιλογή της μεθόδου εκμετάλλευσης ενός κοιτάσματος επηρεάζεται από συγκεκριμένους παράγοντες όπως:

• Την θέση του κοιτάσματος στον χώρο και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του (σχήμα, μέγεθος, κλίση).
• Τα φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά του κοιτάσματος και των περιβαλλόντων πετρωμάτων.
• Την ποιότητα και την αξία του μεταλλεύματος.
• Τους επιθυμητούς ρυθμούς παραγωγής.
• Το κόστος του παραγόμενου προϊόντος.
• Την προστασία του περιβάλλοντος.

Η εκμετάλλευση ενός κοιτάσματος πραγματοποιείται σε τρεις βασικές φάσεις:

Προσπέλαση
Πρόκειται για το πρώτο στάδιο, κατά το οποίο διανοίγονται οδοί πρόσβασης στην περιοχή ανάπτυξης του κοιτάσματος.

Περιχάραξη
Αφορά στα προπαρασκευαστικά έργα εντοπισμού/επιβεβαίωσης των ορίων του κοιτάσματος καθώς και στην ανάπτυξη των υποστηρικτικών έργων (στοές, κεκλιμένα, κ.λπ.) που θα χρησιμοποιηθούν για την απόσπαση του κοιτάσματος από το μητρικό πέτρωμα. Μπορεί να γίνεται εντός και εκτός του χώρου ανάπτυξης του κοιτάσματος.

Εξόφληση
Αποτελεί την τρίτη και πλέον αποδοτική φάση, κατά την οποία γίνεται η εκμετάλλευση της μάζας του κοιτάσματος, σύμφωνα με τις προδιαγραφές και παραδοχές της εκάστοτε ακολουθούμενης μεθόδου.

Κύκλος εργασιών για την εξόρυξη

Οι εργασίες εκμετάλλευσης (σε οποιαδήποτε φάση και αν ανήκει αυτή) γίνονται ως επί το πλείστον με τη χρήση εκρηκτικών υλών με τη μέθοδο διάτρησης – ανατίναξης (drill-and-blast). Ουσιαστικά, εισάγονται εκρηκτικές ύλες εντός της μάζας του πετρώματος, η ανατίναξη των οποίων προκαλεί την θραύση του πετρώματος.

Πρόκειται για ένα κύκλο παραγωγής, ο οποίος επαναλαμβάνεται συνεχώς μέχρι το πέρας του έργου.

Τα βασικά στάδια του κύκλου εργασιών με τη μέθοδο διάτρησης ανατίναξης είναι τα ακόλουθα (φωτογραφία στα δεξιά)

Η αναλυτική περιγραφή του κύκλου όρυξης είναι:

Διάτρηση: Η όρυξη διατρημάτων (οπών) με τη βοήθεια ενός διατρητικού φορείου υπογείων από το μέτωπο εκσκαφής εντός της μάζας του πετρώματος ώστε να τοποθετηθούν εκρηκτικά.

 

 

Γόμωση: Η διαδικασία τοποθέτησης εκρηκτικών υλών στα διατρήματα.

Πυροδότηση: Η ανατίναξη των εκρηκτικών υλών ώστε να επιτευχθεί η διάρρηξη της συνοχής του πετρώματος.

Αερισμός: Η απαγωγή των αερίων της ανατίναξης και του αεροφερόμενου κονιορτού (σκόνης) και η βελτίωση της ποιότητας αέρα στην περιοχή του μετώπου εκσκαφής.

Αποκομιδή (μεταφορά)
Η διαδικασία απομάκρυνσης των προϊόντων της ανατίναξης (θραυσμένου υλικού) από την περιοχή του μετώπου προς την επιφάνεια.
    




Ξεσκάρωμα
Η διαδικασία εκούσιας και ελεγχόμενης απόσπασης επισφαλών και ασταθών τμημάτων/όγκων της οροφής ώστε να αποφευχθεί η μη ελεγχόμενη) πτώση τους στο μέλλον.
    




Υποστήριξη
Η διαδικασία κατά την οποία εφαρμόζονται τεχνητά μέτρα ενίσχυσης της αντοχής του πετρώματος και κυρίως της οροφής. Γίνεται κυρίως είτε με την κοχλίωση της οροφής (εισαγωγή μεταλλικών ράβδων εντός διατρημάτων) είτε με την εφαρμογή ξύλινων ή μεταλλικών πλαισίων που υποστηρίζουν την διατομή του υπογείου έργου.